一種能源互聯網發電系統效率優化控制方法技術方案

本發明專利技術涉及一種能源互聯網發電系統效率優化控制方法，包括以下步驟：當開關磁阻發電機運行在基速以下時，角度優化控制器根據目標輸出功率和當前轉速實時計算出最優效率開通角，并將開通角固定在最優值，關斷角固定在相對較優值處并一直保持恒定，并通過功率閉環調節相電流限值調節系統輸出功率；當開關磁阻發電機運行在基速以上時，角度優化控制器根據目標輸出功率和當前轉速實時計算出最優效率開通角，然后將開通角固定在最優值，通過功率閉環調節關斷角調節系統輸出功率。本發明專利技術所述的方法簡單、運行穩定性好、可靠性高、能使開關磁阻發電機在較寬的轉速范圍內以最優效率輸出目標功率，具有良好的工程應用價值。

【技術實現步驟摘要】
一種能源互聯網發電系統效率優化控制方法
本專利技術涉及開關磁阻電機領域，具體涉及一種能源互聯網發電系統效率優化控制方法。
技術介紹
開關磁阻發電機以其結構簡單，制造成本低，容錯能力強，運行可靠性高，在較寬的轉速范圍內具有較高的效率，已經成功的應用于許多場合。開關磁阻電機的勵磁控制參數有開通角、關斷角和電流限值。當開關磁阻發電機運行在中、低速時，由于其反電動勢的值小于直流母線電壓，可以通過電流斬波控制或電壓PWM控制方法將相電流幅值限制在一定的范圍之內。當開關磁阻發電機運行在高速時，反電動勢的值大于直流母線電壓，在功率變換器主開關器件關斷后，相電流不會下降，反而繼續上升，電機運行在單脈沖模式，開通角與關斷角是唯一的可控勵磁參數，通過調節開通角與關斷角來改變相電流的波形，最終改變輸出功率。而實現輸出同一目標功率，其開通角與關斷角有不同的組合方式。在這些組合方式中存在最優的開通角與關斷角使開關磁阻發電機的輸入機械功率最小，則效率最大。然而由于開關磁阻電機高度非線性，通過輸出功率和轉速計算出當前的最優開通角與關斷角變得很困難，因此有文獻提出一種效率優化控制方法，其使用開關磁阻電機的非線性模型仿真得到不同負載和不同轉速下的最優效率開通角和關斷角，然后將最優效率開關角、輸出功率和轉速導入到查找表中以便控制器使用。控制精度與查找表的數據量成正比，執行時間與查找表的數據量成反比，因此使用查找表來實現效率優化控制的方法需要占用控制器大量的存儲空間并且耗時嚴重，控制精度一般。還有文獻通過引入閉環控制方法實現效率最優，其同樣使用開關磁阻發電機的非線性模型仿真得到不同負載和不同轉速下的最優效率開通角與關斷角，然后通過曲線擬合的方式將最優效率關斷角表示成輸出功率和轉速的函數，因此控制系統可以根據當前的輸出功率和轉速實時計算出最優效率關斷角，并將關斷角固定在最優值，而通過功率閉環調節開通角，最終實現單脈沖模式下的效率優化控制。由于實際系統和仿真模型存在差異，所以在使用查找表的開環控制中很難較為精確地實現效率最優，而閉環控制和曲線擬合的引入一方面適當地降低了查找表的復雜程度，提高了運算速度，另一方面提高了系統的控制精度，保證了實際輸出功率跟隨目標功率的變化而變化。但通過對大量仿真與實驗數據的分析得出，不同負載和不同轉速的最優效率關斷角變化往往不是很明顯，同時仿真數據與實驗數據所確定的最優效率關斷角有所差異，因此現有的開關磁阻發電機效率優化控制方法還存在不足。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種能源互聯網發電系統效率優化控制方法，將最優效率開通角表示成目標功率和轉速的函數，通過角度優化控制器實時計算出最優效率開通角，在中低速和高速時分別采用不同的控制方法，從而實現開關磁阻發電系統在較寬的轉速范圍內以最優效率輸出目標功率。為實現上述目的，本專利技術采用了以下技術方案：一種能源互聯網發電系統效率優化控制方法，包括以下步驟：當開關磁阻發電機運行在基速以下時，角度優化控制器根據目標輸出功率和當前轉速實時計算出最優效率開通角，并將開通角固定在最優值，關斷角固定在相對較優值處并一直保持恒定，并通過功率閉環調節相電流限值調節系統輸出功率；當開關磁阻發電機運行在基速以上時，角度優化控制器根據目標輸出功率和當前轉速實時計算出最優效率開通角，然后將開通角固定在最優值，通過功率閉環調節關斷角調節系統輸出功率。進一步的，所述當開關磁阻發電機運行在基速以下時，采用電流斬波控制方法調節系統輸出功率，即開關磁阻發電系統的功率給定與實際輸出功率的差值經過PI控制器后輸出相電流斬波限值，然后對開關磁阻發電系統功率變換器相電流進行斬波來控制相電流的大小，從而調節系統輸出功率。進一步的，所述當開關磁阻發電機運行在基速以上時，采用角度位置控制方法調節系統輸出功率，即開關磁阻發電系統的功率給定與實際輸出功率的差值經過PI控制器后輸出關斷角，通過調節關斷角來改變系統輸出功率。進一步的，所述最優效率開通角與目標功率、轉速之間滿足以下關系式：式(1)中，表示最優效率開通角；ωpu表示轉速標幺值，ω表示當前轉速，ωN表示轉速基準值；Ppu表示輸出功率標幺值，P表示目標功率，PN表示輸出功率基準值；a、b、c、d表示多項式的系數。進一步的，所述關斷角的較優值通過仿真與實驗數據確定。由上述技術方案可知，本專利技術所述的能源互聯網發電系統效率優化控制方法，方法簡單、運行穩定性好、可靠性高、能使開關磁阻發電機在較寬的轉速范圍內以最優效率輸出目標功率，具有良好的工程應用價值。附圖說明圖1是本專利技術的開關磁阻發電系統結構示意圖；圖2是本專利技術的最優效率開通角的實驗結果與擬合結果圖；圖3是本專利技術的高速下效率優化控制結構框圖；圖4是本專利技術的中低速下效率優化控制結構框圖；圖5是本專利技術的開關磁阻發電系統效率優化控制結構框圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術做進一步說明：如圖1所示，關磁阻發電系統包括原動機、開關磁阻發電機、功率變換器(包括勵磁電源)、負載、控制系統和測量裝置。在該系統中，開關磁阻發電機作為機電能量轉換的核心部件，在原動機的拖動下將輸入的機械能轉換成電能。功率變換器作為能量轉換的通道，在勵磁階段，外加的直流電源通過功率變換器為相繞組供電；在續流階段，相繞組通過功率變換器回饋能量。控制系統作為中樞部分，捕獲運行過程中的電壓、電流信號以及轉子位置信號，然后綜合處理，控制功率變換器主開關器件的開通與關斷。本實施例在開關磁阻發電機運行在基速以上時，采用角度位置控制方法，進行輸出功率閉環實驗：選取800r/min～1200r/min為優化的速度區間，以100r/min為一個變化單位，計算相應速度下每一個電周期內輸出不同功率時，所有開通角和關斷角組合對應的發電效率，其中開通角以1°為一個變化單位，然后將不同輸出功率和不同轉速所對應的最優效率開通角和關斷角記錄在高速角度優化表格中。從高速角度優化表格中可以看出最優效率關斷角在高速范圍內變化不大，其對輸出功率的影響不大，只對效率起一個微調整作用，而最優效率開通角隨著轉速和輸出功率的變化比較大，因此在高速角度優化控制中，將開通角作為效率優化控制變量，功率閉環調節關斷角。在開關磁阻發電機運行在中低速時，勵磁控制參數為開通角、關斷角和電流限值，采用滯環控制方法，進行輸出功率閉環實驗。選取400r/min～700r/min為優化的速度區間，以100r/min為一個變化單位，計算相應速度下每一個電周期內輸出不同功率時，所有開通角和關斷角組合對應的發電效率，其中開通角和關斷角以1°為一個變化單位，然后將不同輸出功率和不同轉速所對應的最優效率開通角、最優效率關斷角和電流限值記錄在中控制器中的低速角度優化表格中。從低速角度優化表格中可以看出，不同轉速和不同輸出功率下的最優效率關斷角變化較小，因此為降低控制系統復雜度，將關斷角固定在實驗數據所確定的相對較優值處，并一直保持恒定，開通角同樣作為效率優化控制變量，功率閉環控制電流限值。此外從中低速及高速角度優化表格中可以看出，開通角隨著轉速的增大而減小，即與轉速呈負相關性；開通角隨著輸出功率的增大而減小，即與輸出功率同樣呈負相關性，則定義最優效率開通角與轉速和輸出功率之間的函數關系為公式(1)，然后選取最優效率開通角、轉速和輸出本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種能源互聯網發電系統效率優化控制方法，其特征在于：包括以下步驟：當開關磁阻發電機運行在基速以下時，角度優化控制器根據目標輸出功率和當前轉速實時計算出最優效率開通角，并將開通角固定在最優值，關斷角固定在相對較優值處并一直保持恒定，并通過功率閉環調節相電流限值調節系統輸出功率；當開關磁阻發電機運行在基速以上時，角度優化控制器根據目標輸出功率和當前轉速實時計算出最優效率開通角，然后將開通角固定在最優值，通過功率閉環調節關斷角調節系統輸出功率。

【技術特征摘要】
1.一種能源互聯網發電系統效率優化控制方法，其特征在于：包括以下步驟：當開關磁阻發電機運行在基速以下時，角度優化控制器根據目標輸出功率和當前轉速實時計算出最優效率開通角，并將開通角固定在最優值，關斷角固定在相對較優值處并一直保持恒定，并通過功率閉環調節相電流限值調節系統輸出功率；當開關磁阻發電機運行在基速以上時，角度優化控制器根據目標輸出功率和當前轉速實時計算出最優效率開通角，然后將開通角固定在最優值，通過功率閉環調節關斷角調節系統輸出功率。2.根據權利要求1所述的能源互聯網發電系統效率優化控制方法，其特征在于：所述當開關磁阻發電機運行在基速以下時，采用電流斬波控制方法調節系統輸出功率，即開關磁阻發電系統的功率給定與實際輸出功率的差值經過PI控制器后輸出相電流斬波限值，然后對開關磁阻發電系統功率變換器相電流進行斬波來...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳滋健，陳昊，王星，
申請(專利權)人：南京怡咖電氣科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32